52

Energie und Rohstoffe (Fach) / g (Lektion)

f

Diese Lektion wurde von allinspace erstellt.

Lektion lernen

Diese Lektion ist leider nicht zum lernen freigegeben.

zurück  |  weiter 1 / 2

Anzeige
  • Wirkungsgrade von KfZ Benzinmotor indirekte Einspritzung 25-35%Benzinmotor direkte Einspritzung bis 37%Dieselmotor indirekt 35-40%Dieselmotor direkt bis 45%Automatik/Schaltgetriebe 85-95% Gesamtwirkungsgrad = Produkt von Motor- und Getriebewirkungsgrad
  • Konzentrationsangaben. Volumen (nur für Gas): y = (Volumenanteil Schadstoff)/Gesamtbezugvolumen [keine Einheit]Masse (Gas und Staub): c = (Masse Schadstoff)/Gesamtbezugsvolumen [mg/Nm^3)Bezugsvolumen bei 1.013bar und 0° (Normalbedingungen) = molares Normvolumen VN = 22.4m^3/kmolUmrechnung ppmv -> mg/Nm^3: cA = MA/VN * y-> cA = Konzentration Schadstoff, MA = Molmasse Schadstoff
  • Abscheidegrad von Staub: T = (c0-c1)/c0 [keine Einheit]-> c0 = Konzentration vor Staubabscheider, c1 = Konzentration danach
  • Zyklon Fliehkraft F(F) = (m*v^2)/r
  • Dieselprozess 1->2 isentrope (adiabate) Verdichtung. 2->3 isobare Wärmezufuhr. 3->4 isentrope (adiabate) Entspannung. 4->1 isochore Wärmeabfuhr. Volldruckverhältnis f = V3/V2 [eigentlich klein phi!!]Verdichtungsverhältnis e = V1/V2Eta = 1 – 1/e^(K-1) * (f^K - 1)/(K*(f-1)
  • Ottoprozess 1->2: isentrope (adiabate) Verdichtung. 2->3: isochore Wärmezufuhr. 3->4: isentrope (adiabate) Entspannung. 4->1: isochore Wärmeabfuhr. Oberes Totvolumen VK = V1Hubvolumen VH = V1-V2Verdichtungsverhältnis e = V1/V2Wirkungsgrad: Eta(Otto) = 1 – 1/e^(K-1)-> abhängig von Verdichtungsverhältnis und vom Isentropenkoeffizient K = Cp/Cv
  • BiomasseKW Wien Simmering -> KWK Brennstoffwärmeleistung: max 66 MW(th)zugeführte Wärmemenge max 470 GWhFrischdampfdruck ~120 barFrischdampftemperatur ~520 °CFrischdampf ~73 t/hKWK max 35 MW(th) -> 17,5 MW(el) bei maxQ!reine Stromerzeugung max 24,5 MWel Brennstoffnutzungsgrad max 80% (bei max KWK -> 35 MW)Kesselwirkungsgrad ~92%Thermischer Wirkungsgrad ~50%Generatorwirkungsgrad ~97%Elektrischer Bruttowirkungsgrad ~45%
  • Wirkungsgrade!! Brennstoffwärmeleistung: P(th) = m´ * Hu-> m´ = Massenstrom Brennstoff, Hu = unterer Heizwert Brennstoff elektrischer Wirkungsgrad: Eta(el) = Pth/Pel-> Brennstoffwärmeleistung durch elektrische Leistung Kesselwirkungsgrad:Eta(K) = Summe(Q´D)/P(th)-> Summe der Dampfwärmeströme (= erzeugte Dampfleistung) durch Brennstoffwärmeleistung Thermischer WirkungsgradEta(th) = Pmech/Summe(Q´Dzu)-> mechanische Arbeit (=Wellenleistung der Turbine) durch Summe der zugeführten Dampfwärmeströme (=zugeführte Dampfleistung GeneratorwirkungsgradEta(Gen) = Pelbrut/Pmech-> elektrische Wirkleistung (Bruttoleistung) durch mechanische Wellenleistung Elektrischer BruttowirkungsgradEta(el,brut) = Pelbrut/Pth = Eta(K)*Eta(th)*Eta(Gen)-> Gesamtwirkungsgrad = Produkt der Teilwirkungsgrade! Elektrischer NettowirkungsgradEta(el,net) = Pelnet/P(th)-> Nettoelektroleistung/Brennstoffwärmeleistung-> Nettoleistung = Bruttoleistung - Eigenverbrauch NutzwärmewirkungsgradEta(Q,nutz) = Q´(nutz)/P(th)-> Nutzwärmeleistung durch Brennstoffwärmeleistung GesamtbrennstoffausnutzungEta(gesKWK) = (Pelnet + Q´(nutz))/P(th)-> Summe aus (Nettoelektroleistung und Nutzwärme) durch Brennstoffwärmeleistung Stromkennzahls = Pelnet/Q´nutzNettoelektroleistung durch Nutzwärme Allgemeiner Kreisprozess:Wnutz = qzu - qab => Nutzarbeit = wärmezufuhr - wärmeabfuhrWirkungsgrad: Eta = Wnutz/qzu = 1 - qab/qzuvgl. Carnot-WG: Eta(C) = 1 - Tab/Tzu
  • Wirkungsgrad realer Dampfkraftprozess N(realerDKP) = N(isentropeTurbine)*(1- T0/T(Mittel)
  • Wirkungsgrad Dampfturbine: N = (h1-h2)/(h1-h2s)h1 -> Enthalpie zu Beginnh2 -> Enthalpie reale Turbine zu Endeh2s -> Enthalpie ideale Turbine (isentrope Entspannung) zu Ende
  • Anzeige
  • Zustandsänderungen im Rankine-Prozess 1->2: Dampferzeuger:h2-h1 = qzu12wäre es isotherm, dann: qzu12 = T*ds (Temp * spez.Entropieänderung)aber: nicht isotherme Wärmezufuhr, deswegen mittlere T genommen:qzu12 = T(Mittel)*(s2-s1)T(Mittel) = (h2-h1)/(s2-s1)MAXIMALER Wirkungsgrad = (buchstabe eta)c = 1 – T0/T(Mittel) (entspricht Carnot-WG)-> je höher Mittlere T, desto besser!
  • Exergetischer Wirkungsgrad C = Summe(Eab)/Summe(Ezu) = 1 - (Ev)/Summe(Ezu)
  • Exergieverlust Ev = Summe(Ezu) - Summe(Eab)-> zu- und abgeführte mechanische und elektrische Energie sind reine Exergieströme!
  • Spezifische Exergie der Enthalpie eines Stoffstroms: e(H) = (h-hu) - Tu*(s-su)(spez. Enthalpie - spez. Enthalpie(Umgebung) - Umgebungstemperatur*(spez. Entropie - spez.Entropie (Umgebung)E´= m´*e(H)-> Exergiestrom = Massenstrom*spez.Exergie
  • Exergie der Wärme: Q = E(Q) + B(Q) -> Wärme = Exergie + AnergieE(Q) = Q*(1 - Tu/T) -> Abhängig vom Carnot-Faktor! Tu = Umgebungstemp., T = Temp des Wärmereservoirs
  • Entropie des C-Prozesses (für Darstellung im T-s-Diagramm -> Rechteck): s(ideales Gas) = cp * ln(T/T0) - R/M * ln(p/p0)
  • Carnot-Leistungsziffer der Wärmepumpe: e(WP) = 1/wirkungsgrad = -q23/w(t)ges = T2/(T2-T1)e(KM) = q41/w(t)ges = T1/(T2-T1) = e(WP) - 1-> Die Leistungsziffern einer C-Wärmepumpe entspricht dem Kehrwert ihres Wirkungsgrades, die Leistungsziffer einer Kältemaschine ist die Leistungsziffer der Wärmepumpe minus 1 => maximal erreichbare Effizienzen der Kältemaschine und Wärmepumpe hängen zusammen.
  • umgekehrter Carnotprozess -> idealer Gaskälteprozess: 1->2 = isentrope Verdichtung, 2->3 isotherme Verdichtung, 3->4 isentrope Entspannung, 4->1 isotherme EntspannungQzu = q41, Qab = q23, Pmech = w(t)ges1.HS: -q23 = q41 + w(t)ges
  • Carnotprozess: 1->2 = isotherme Verdichtung:w(t)12 = -q12 = (R*T1)/M * ln(p2/p1) > 02->3 = isentrope Verdichtungq23 = 0, w(t)23 = h3-h2 > 03->4 = isotherme Entspannungw(t)34 = -q34 = (R*T2)/M * ln(p4/p3) < 04->1 = isentrope Entspannungq41 = 0, w(t)41 = h1-h4 < 0 w(t)23 = h3-h2 = cp(T2-T1) w(t)41 = h1-h4 = cp(T1-T2) -> = -w(t)23 w(t)ges = w(t)34 + w(t)12 [23 und 41 kürzen sich weg] (T2/T1)^(K/K-1) = p3/p2 = p4/p1 -> p3/p4 = p2/p1 -> w(t)ges = -R/M * ln(p2/p1) * (T2-T1) [entspricht abgeführter Pmech]q34 enspricht Qzu, q12 entspricht Qab -> 1.HS: q34 = q12 + w(t)ges (buchstabe eta)c = w(t)ges/q34 = Pmech/Qzu = (T2-T1)/T2 = 1 – T1/T2
  • Elektrischer Strom Ladung Q = C * U Wobei C = Kapazität [F Farad = (A*s)/V]U = Spannung [V Volt]Q = Ladung [1 Coloumb C = 1 A*s] Ohm'sches Gesetz U = I*RWobei I = Stromstärke [A]R = Widerstand [O]-> 1O = 1(V/A)
  • Elektrische Leistung P am Ohm'schen Widerstand: P = U*I [Watt W]-> mit U = I*R gilt: P = U^2/RP = R*I^2
  • Elektrische Arbeit Wel Wel = U*I*dt [J bzw. Ws bzw. kWh][also auch Leistung*Zeit]
  • Elektrische Speicher - Elektrisch: Kondensator (Kapazität C mit der Einheit F) -> Wc = ½ * C * U2 = Ladungsspeicher- Magnetisch: Spule (Induktivität L mit der Einheit H) -> WL = ½ * L * I2 = magnetischer Speicher
  • Effektivwerte für Spannung und Strom am rein Ohmschen Verbraucher (df=0): Effektivleistung ist gleiche Leistung P wie bei Gleichspannung: P = U*I (im Diagramm Pt)Peff = ½ * P^ -> P^= ScheitelwertUeff = 1/Wurzel(2) * U0Ieff = 1/(Wurzel(2) * I0
  • Dreieck und Sternschaltung Sternschaltung: Ueff = Ust:Pst = 3* (Ueff^2/R)[Weil 3 Spannungen insgesamt] Dreieckschaltung: Ueff = 1.71*USt [Also Wurzel(3)*USt)Pd = 3* (Ueff^2/R) = 3*3*(Ust^2/R) = 3* PSt Effektivstrom pro Phase:Ieff = 1/3 * P/(Ueff*cos-phi)Weil die einzelnen Phasen um cos-phi verschoben sind und es ja drei gibt
  • Widerstand eines Drahts (einer Phase): RL = L/(s*A)-> L = Länges = elektrische Leitfähigkeit eines Materials (angegeben!)A = Querschnitt
  • Arbeit W W = Kraft * Weg-> W = F * dx auch [weil siehe Leistung] W = F*t*v Kraft FGewichtskraft senkrecht nach unten G = m*gHebekraft nach oben F = -G -> W = F * dh = m*g*(h2-h1)(wobei F hier entweder Hebe- oder Gewichtskraft sein kann; je nach Vorzeichen!)
  • Weltraum: Komet, der sich um die Sonne bewegt, hat nahe bei der Sonne hohe Ekin, fern der Sonne geringe Ekin Weltraum: Komet, der sich um die Sonne bewegt, hat nahe bei der Sonne hohe Ekin, fern der Sonne geringe Ekin
  • Potenzielle Energie W = F * dx = Epot1 – Epot2 -> Arbeit des Kraftfelds = Abnahme der potenziellen Energie
  • Wärmestrom stationärer Wärmedurchgang: Q = A*qQ = Wärmestrom in W, A = Fläche durch die Wärme durchgeht in m2, q = Wärmestromdichte in W/m2 q = a1*(T(raum)-T(Wand) = Lamda/Dichte*(Twand1-Twand2)=a2*(Twand2-Traum2) = k*(TRaum1-TRaum2) a1 und a2 -> Wärmeübergangskoeffizienten W/(m2*K)Lamda = Wärmeleitfähigkeit WandDichte = Dicke der Wandk = Wärmedurchgangskoeffizient -> 1/k = 1/a1 + Dichte/Lamda + 1/a2
  • Anzeige
  • Wärmemenge Q = Q(t)*dt [Wärmemenge = Wärmeströme*Zeit] Spezifische Wärme(aufnahme) q = Q/mq = spezifische Wärme J/kgQ = Wärmestrom Wm = Massenstromeinheit pro Zeiteinheit kg/sauch: q = cp*dt = cp*(T2-T1) mit cp = Wärmekapzität Wärmekapazität cpcp = dq/dT [J/(kg*K)dq = Wärmezufuhr [J]dt = Temperaturänderung [kg*K]
  • Zustandsgleichung ideales Gas: pV = nRTR= 8.314 J/mol*Kin molarer Form: p*Vm = RT [Vm = V/n]spezifische Form: p*v = (R*T)/M [v = V/m; M -> kg/mol]
  • Gesamtenergie Eges = Epot + Ekin + U
  • Innere Energie idealer Gase U = 2/3 * R * T [U -> J bzw. J/kg bzw. J/mol]=> U steigt also mit steigender Temperatur!
  • Steigerung der inneren Energie bei Wärmezufuhr in ein volumkonstantes System: U2-U1 = Q12U2 = Innere Energie im Zustand 2U1 = Innere Energie im Zustand 1Q12 = während der Zustandsänderung übertragene Wärme -> bewirkte Temperaturerhöhung:U2-U1 = Cv*(T2-T1)Cv = isochore Wärmekapazität-> ideale Gase:Cv = 3/2 * R Wenn Wärme zugeführt wird (T,p steigen) und Kolben bewegt wird -> Volumen nicht mehr konstant aber dafür Druck, dann verrichtet Kolben mit der Kraft F eine Arbeit:W12 = -F(x2-x1) = -p(V2-V1)-> Energiebilanz: U2-U1 = Q12+W12
  • Enthalpie H [J, J/mol, J/kg] H = U+p*V-> setzt sich zusammen aus innerer Energie und DruckenergieIdealen Gase : H = Cp*dT (also Wärmekapazität*Temperaturänderung)Wärme in druckkonstantes System eingeführt: H2-H1 = Q12-> bewirkte Temperaturerhöhung:H2-H1 = Cp*(T2-T1)Cp = isobare WärmekapazitätÄnderung der Enthalpie:dH = dU + p*dV-> Änderung der Enthalpie = Änderung der inneren Energie plus Ausdehnungsarbeit
  • Energieerhaltung = erster Hauptsatz der Thermodynamik: Geschlossenes System (Grafik EH4S29)U2-U1 = Q12+W12Offenes System: H´2-H´1 = Q´+P-> Q´= WärmestromH´= m´*hm´= Massestrom, h = Enthalpie
  • Energieerhaltungsgleichung (erster Hauptsatz für Fließprozesse) in stationären thermischen Prozessen: m´*(h2-h1) = Q´+P
  • Übertragene Wärmeleistung wenn keine Leistung verrichtet: Q = m(h2-h1)bzw. wenn Temperatur sinkt: -Q = m(h2-h1)wobei h = H(T)/M-> H(T) = Enthalpie des Stoffes zu bestimmter Temperatur T, das sowie die Molmasse M bekommt man aus einer Stoffdatenquelle
  • Entropie S [J/K, J/mol*K, s = massenspezifisch = J/kg*K] dS = dQ/T + SirrdS = EntropieänderungdQ = WärmeänderungT = Temperatur Sirr = irreversible Entropie (bei reversiblen Prozessen -> =0) bei Standarddruck:S = Cp/T * dTCp = isobare WärmekapT = TemperaturdT = Temperaturänderung
  • Entropiestrom, der mit dem Wärmestrom über Systemgrenzen hinausgeht: S´= Q´/TS´= Entropiestrom, Q´= Wärmestrom, T = Temperatur
  • Entropieänderung im Fließprozess: S´2-S´1 = m´(s2-s1) = Q´/T + S´irrS´= Entropie(ströme)m´= Massenstroms´= massenspezifische Entropie(ströme)Q´=Wärme(strom)S´irr = irreversible Entropie(strom)=> Alles Ströme weils ein Fließprozess is
  • Entropiezuwachs: dS = m(s2-s1)wobei s:Gas: s = 1/M * (S0(T)-R*ln(pGas/p0))Wasser: s = S0(T)/M-> S(T) also die Entropie zu gewisser Temperatur; sowie Molmasse M kommen aus Stoffdatenquellen Entropie GesamtsystemSges = S(Teilsystem1) + S(Teilsystem2) ...genauso Entropieänderung Gesamtsystem:dSges = dS(Teilsys1) + dS(Teilsys2)....
  • Isobare Zustandsänderung zB Erwärmung:p2 = p1 = constv2 = v1 [spezifisches Volumen]T2 > T1h2 > h1 [Enthalpie]s2 > s1 [Entropie]bei Idealgas:V2/V1 = T2/T1 = h2/h1s2/s1 = Cp * ln(T2/T1)
  • Isochore Zustandsänderung zB Erwärmung:p2 > p1v2 = v1 = const.T2 > T1h2 > h1s2 > s1bei Idealgas:p2/p1 = T2/T1 = (h2-p2*v)/(h1-p1*v) = u2/u1 [u -> innere Energie]s2/s1 = cv * ln(T2/T1)
  • Isotherme Zustandsänderung zB isotherme Verdichtung:p2 > p1v2 < v1T2 = T1 = consth2 = h1 bei Idealgas (weil: h2-h1 = Cp*(T2-T1))s2 < s1bei Idealgas:p2/p1 = v1/v2 -> indirekt proportionals2-s1 = q12/T = (-w12)/T = (-R)/M * ln(p2/p1)
  • Isenthalpe Isenthalpe (ohne Austausch von Wärme oder mechanischer Leistung) entspricht bei idealen Gasen der Isothermen Zustandsänderung; nur bei Phasenübergängen große Abweichungen! Isenthalpe Drosselung zB in Kältemaschinen
  • Isentrope Zustandsänderung zB adiabate Verdichtungp2 > p1v2 < v1T2 > T1h2 > h1s2 = s1 = const.p2/p1 = (v1/v2)^KT2/T1 = (p2/p1)^((K-1)/K)h2/h1 = T2/T1wobei K = Isentropexponent = Cp/Cv -> bei zweiatomigen Gasen bei Raumtemp = 1.4
  • Polytrope Zustandsänderung (gemischte) (analog zur Isentropen ) p2/p1 = (v1/v2)^nT2/T1 = (v1/v2)^(n-1)T2/T1 = (p2/p1)^((n-1)/n)wobei n = PolytropenexponentSonderfälle: n = 0 -> isobarn = K -> isentropn = 1 -> isenthermn = unendlich groß (sehr groß) -> isochor
  • Während polytroper Zustandsänderung übertragene spezifische Wärme: q12 = (n-K)/(n-1) * 1/K * (h2-h1)

zurück  |  weiter 1 / 2